Технология неорганических веществ и минеральных удобрений (стр. 53 )

Сортировочный барабан для крупного недопала представляет собой цилиндрический грохот, прикрепленный к торцевой части гасителя и вращающийся вместе с ним вокруг общей оси.

8.4.Предварительная очистка сырого рассола.

8.4.1.Физико-химические основы процесса очистки.

Сырой рассол содержит примеси солей кальция и магния. Если их предварительно не удалить, то при поглощении аммиака и диоксида углерода из рассола будут выпадать в осадок плохо растворимые соединения СаСО3, Мg(ОН)2, NаСl * Nа2СО3 * МgСО3 и (NН4)2СО3*МgСО3, что приведет к засорению трубопроводов и загрязнению готовой продукции – соды. Чтобы избежать этого, на содовых заводах сырой рассол очищают от примесей известково-содовым способом.

Для удаления солей кальция используют соду, а солей магния – известковое молоко. При этом ионы кальция осаждаются в виде СаСО3 и ионы магния – в виде Мg(ОН)2, растворимость которых в концентрированном рассоле (310 г/л NаСl) и при избытке соответствующих осадителей весьма мала. Высокая степень очистки достигается уже при сравнительно небольших избытках реагентов, что требует высокой точности их дозирования.

Ионы SО42-, присутствующие в сыром рассоле, остаются в растворе в виде хорошо растворимой соли Nа2SО4. Присутствие Nа2SО4 усложняет в дальнейшем регенерацию аммиака в отделении дистилляции, в процессе которой на стенках дистиллера отлагается гипс. Для удаления из рассола SО42- на стадии подземного выщелачивания NаСl применяют поверхностно-активные вещества, способные избирательно адсорбироваться на поверхности частиц СаSО4, включенных в каменную соль, и тем самым препятствовать их растворению. Применение ВаСl2 исключено, так как в соде недопустимо присутствие солей бария.

Повышение температуры очищаемого рассола ускоряет процесс ионного обмена и дегидратации и сокращает продолжительность периода индукции. С повышением температуры уменьшается вязкость рассола, увеличивается скорость осаждения и уплотнения суспензии. При очистке температуру рассола поддерживают в пределах 10-120С. Чем больше в рассоле солей магния, тем медленнее идет процесс осаждения.

Интенсивность перемешивания влияет на кинетику осаждения. При увеличении скорости перемешивания уменьшается толщина адгезионного слоя жидкости у поверхности твердого тела, что ускоряет ионный обмен между твердой и жидкой фазами, а также увеличивает скорость дегидратации, сокращая тем самым период индукции. Как показывает опыт, перемешивание, достигаемое за счет кинетической энергии поступающей в реактор смеси, является вполне достаточным.

Последовательность введения осадительных реагентов в сырой рассол также существенно влияет на кинетику осаждения солей и уплотнение шлама. Для консолидированного осаждения хлопьев необходимо одновременное осаждение Мg(ОН)2 и СаСО3. Для сокращения периода индукции, увеличения скорости осаждения и уплотнения шлама следует применять высококонцентрированные растворы осадителей, так как это позволяет снизить степень гидратации исходной суспензии, а, следовательно, и ее агрегативную устойчивость.

Введение в суспензию готовых свежеосажденных кристаллов – затравки – ускоряет процесс осаждения шлама и сокращает период индукции.

8.4.2.Технологическая схема очистки

На отечественных содовых заводах применяют две схемы очистки сырого рассола в зависимости от соотношения кальция и магния. На большинстве заводов содержание кальция больше магния.

Технологическая схема одноступенчатой очистки рассола с предварительной каустификацией содового раствора включает следующие стадии. Содовый раствор из декарбонатора поступает в мешалку содового раствора. Разбавленное очищенным рассолом известковое молоко из гасильного отделения поступает в мешалку известкового молока. Содовый раствор после разбавления его очищенным рассолом в емкости и известковое молоко направляются в каустификатор, где протекает реакция

Nа2СО3 +Са(ОН)2 →2 NаОН +СаСО3 (8)

Каустифицированный содовый раствор через емкость поступает в смеситель, куда подается сырой рассол, а затем в реактор, где начинает протекать процесс одновременной кристаллизации СаСО3 и Мg(ОН)2. Для завершения процесса кристаллизации, обеспечения получения однородных кристаллов и для уплотнения и отделения образующегося шлама от рассола суспензия поступает в отстойник. Шлам гребковой мешалкой, совершающей 5 оборотов в 1 час, уплотняется, перемещается к центральному выгрузочному отверстию, поступает в сборник шлама, где разбавляется водой и далее откачивается в отвал.

Технологический режим отделения

Для получения рассола высокого качества при минимальных затратах реагентов и максимальной производительности отделения необходимо соблюдать нормы технологического режима.

В очищенном рассоле необходимо иметь некоторый избыток Nа2СО3 и Са(ОН)2. Для поддержания зимой необходимой температуры предусматривается нагревание вводимого в рассол содового раствора до 85-900С, в летнее время достаточно тепла, выделяющегося при растворении соды. Содержание кальция и магния в очищенном рассоле и его прозрачность характеризуют степень чистоты рассола. Получение более чистого рассола связано с излишним расходом реагентов и с уменьшением производительности отстойника.

При соблюдении норм на 1 м3 сырого рассола в зависимости от содержания в нем солей кальция и магния расходуют 1.7-2.7 л известкового молока или 0.8-1.0 кг 85% извести, а также в среднем 4-6 кг кальцинированной соды. Потери рассола со шламом составляют примерно 5% от общего количества очищаемого рассола. Расход очищенного рассола, содержащего 310 г/л NаСl, равен в среднем 5.08 м3/т соды. Содовый раствор разбавляют очищенным рассолом и конденсатом.

Основная аппаратура отделения.

Отстойник, предназначенный для осветления очищенного рассола, представляет собой стальной цилиндрический резервуар с коническим днищем. Диаметр аппарата 18 м, общая высота 7.9 м, высота цилиндрической части 6.7м.

8.5. Аммонизация очищенного рассола

8.5.1. Физико-химические основы процесса аммонизации (абсорбции)

Аммиак в производстве соды из NаСl служит для накопления в рассоле ионов НСО3- в виде NН4НСО3 и для связывания ионов хлора в виде NН4Сl:

NаСl + NН4НСО3↔ NаНСО3 + NН4Сl (9)

Аммиак не входит в состав конечного продута – соды– и после регенерации из хлорида аммония возвращается вновь на аммонизацию рассола.

Основной поток аммиака, составляющий примерно 460кг/т соды, поступает на стадию аммонизации из отделения дистилляции, где проводится разложение хлорида аммония и углеаммонийных солей, в маточной жидкости после фильтров и в слабой жидкости. Меньшее количество аммиака (75кг/т) поступает на стадию аммонизации с газами из отделения карбонизации и около 4кг/т с воздухом, отсасываемым из барабанных вакуум-фильтров. Все эти потоки газа содержат, кроме аммиака, диоксид углерода и водяные пары.

Аммиак растворяется в воде с выделением тепла:

NН3(г) +Н2О(ж) ↔ NН4ОН(р) +35.2 кДж (10)

В водном растворе устанавливается равновесие между гидратированной и негидратированной формами аммиака:

NН3(р) +Н2О(ж) ↔ NН4ОН(р) (11)

Диоксид углерода плохо растворяется в воде, и процесс гидратации растворенного СО2 протекает медленно. С другой стороны, растворенный негидратированный диоксид углерода легко взаимодействует с негидратированным растворенным аммиаком, образуя карбамат аммония

СО2(р) +2 NН3(р) ↔ NН2СООNН4 (р) + 68.3 кДж (12)

Эта реакция протекает через следующие вероятные промежуточные стадии:

NН3 +СО2↔ NН2СОО- +Н+,

NН3 + Н+→ NН4+.

Образующийся карбамат аммония представляет собой соль слабых кислот и основания и гидролизуется в растворе

NН2СООNН4 (р) + Н2О(ж) ↔ NН4НСО3(р)+ NН3(р) –27.6кДж (13)

В результате растворенный диоксид углерода переходит в гидратированную форму НСО3-. Однако гидролиз карбамата, так же как и гидратация СО2, протекает медленно.

При поглощении аммиака и диоксида углерода рассолом образуется четырехкомпонентная система NН3 – СО2 – NаСl– Н2О. С некоторым приближением можно считать, что сравнительно небольшие колебания концентрации NаСl в процессе аммонизации рассола мало влияют на равновесный состав системы. Поэтому практически эту систему можно рассматривать как трехкомпонентную NН3 – СО2 – Н2О.

Присутствие СО2 в рассоле снижает равновесное давление аммиака над раствором и тем самым способствует его поглощению. Поглощение аммиака и СО2 рассолом является сложным хемосорбционным процессом. Аммиак относится к хорошо растворимым газам, скорость абсорбции которых велика; диоксид углерода плохо растворяется в воде, скорость абсорбции СО2 рассолом мала. В присутствии аммиака процесс поглощения СО2 осложняется обратимой химической реакцией, протекающей в жидкой фазе. Кроме того, в присутствии аммиака заметно снижается равновесное давление СО2 над рассолом.

Кроме аммиака и диоксида углерода в абсорбер с газом поступает водяной пар. При аммонизации большая часть водяных паров конденсируется, при этом объем рассола увеличивается на 3-4% и соответственно снижается концентрация NаСl. Для уменьшения разбавления аммонизированного рассола и снижения тепловой нагрузки на абсорбер газ перед поступлением в абсорбер охлаждается в холодильнике газа дистилляции. Однако при снижении температуры газа менее 550С возможны взаимодействия газообразных NН3, СО2, и Н2О с образованием твердых солей, которые, отлагаясь на стенках, забивают холодильник и трубопроводы.

Состав газовой фазы, поступающей из отделения дистилляции, выраженной в виде соотношения NН3:СО2, не зависит от температуры и давления и определяется по материальному балансу аппаратов отделения дистилляции.

8.5.2.Технологическая схема отделения абсорбции

В отделении абсорбции должна быть обеспечена высокая степень очистки отходящих газов от аммиака, поэтому здесь газы промывают свежим рассолом или рассолом, содержащим минимальное количество аммиака. Кроме того, в отделении абсорбции должен быть получен рассол, содержащий определенное количество аммиака. Для этого необходимо отводить тепло, выделяющееся при растворении NН3 и СО2 в рассоле и их взаимодействии, а также при конденсации водяных паров.